干扰及其抑制
作者：董杰
来源：《科技与创新》2016年第05期
摘要：通过分析影响电路正常工作的各种电性质干扰，提出抑制这些干扰的途径和办法。
关键词：干扰；电路；干扰源；干扰途径
中图分类号：TN79 文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2016.05.090
干扰轻则会降低电路的信号质量，重则会破坏电路的正常功能，造成逻辑错乱、控制失灵，甚至发生设备损坏，影响生产等各种事故。
1 干扰
1.1 干扰的类型
干扰的来源是多方面的，它所造成的影响也是多种多样的。
按来源可将干扰分为两类：①控制器本身引起的各种干扰，即内部干扰。
内部干扰可分为固定干扰和过度干扰。
过度干扰为电路动态工作时引起的干扰。
②由外部因素引起的干扰称为外部干扰。
外部干扰可分为自然干扰和人为干扰。
由自然现象造成的干扰称为自然干扰。
按干扰的途径也可将干扰分为两类，分别是路的干扰和场的干扰。
通过电路渠道进行干扰的称为路的干扰，通过电场、磁场或电磁场进行的干扰的称为场的干扰。
其中，场的干扰还可分为静场干扰（包括静电场干扰和静磁场干扰）和动场干扰。
按干扰出现的规律，可将干扰分为固定的、半固定的和随机的三类。
固定设置的电气设备在运行时引起的干扰属于固定干扰；有些偶尔使用或启动无规律的电气设备（例如行车、电钻等）引起的干扰属于半固定干扰；闪电、供电系统继电保护功能、绝缘子泄漏、汽车启动点火设备引起的干扰等均属于随机干扰。
半固定干扰与随机干扰之间的区别在于前者是可以预计的，而后者是突发性的。
按干扰在电路输入端的作用方式与有用信号的联系，可将干扰分为常态干扰和共态干扰。
干扰信号与有用信号串联在一起时为常态干扰，干扰信号出现在监测点与控制器之间时为共态干扰。
常态干扰可能是信号源本身产生的，也可能是引线上感应的，它串接在检测回路中，相当于检测信号增加了一个信号，成为检测信号的一部分。
这种干扰直接送入放大器的输入端，所以影响较大。
共态干扰是因控制器本体的接地点与检测装置的接地点之间存在干扰电压所引起的，这种干扰电压主要来源于50 Hz交流电源的接地系统。
1.1.1 自然干扰
自然干扰是由某些自然现象所引起的，例如闪电、雷击、地球辐射、宇宙辐射等。
这类干扰主要对通信、广播、导航等设备有较大影响，而对程控电气设备的影响不大。
除非在近处发生闪电、打雷等强烈干扰，才有可能影响程控电气设备的正常工作，所以除了对可靠性要求特别高或处于严重雷电区的设备外，一般不考虑自然因素的干扰。
1.1.2 人为干扰
外部干扰除了自然干扰外，其余的均属于人为干扰。
人为干扰主要包括电干扰——各类电气设备电火花引起的干扰（例如直流电机整流子碳刷电火花，接触器、断路器开关灯接点电火花），电气设备启停通过供电系统对控制设备产生的干扰，一些气体、水电元件（例如闸流管、荧光灯）工作时产生的干扰，高频加热、脉冲电蚀、电火花加工、可控硅整流等电加工设备产生的干扰等。
1.1.3 内部干扰
内部干扰是由控制器本身产生的各种干扰，例如内部布局和布线不合理，由分布电容、分布电感、漏电阻等潜在耦合而形成的内部组件相互干扰；由公共电源的内阻、接地回路的阻
抗等耦合形成的级间反馈和干扰；电源电压不稳定，直流电源的波纹对电路造成的干扰；元器件质量不好、虚焊、接插件接触不良、金属件装置松动、屏蔽体接地不良、元件盒晶体管的噪声等造成的干扰。
其中，由虚焊引起的干扰时通时断，时隐时现，较难寻找。
另外，在逻辑电路中，电路开门或关门、电压的差异、时间节拍配合得不好、电路动作时产生的脉冲干扰等都有可能造成电路误动作，这些都属于内部干扰中的过度干扰。
控制器内部的电设备不良也是造成干扰的原因之一。
控制器内部均采用低压直流稳压电源，这样可以克服电网电压和负载变化等造成的直流电源电压波动，并为控制器各部分电路的稳定运行提供保障。
稳压电源的容量取决于供给内部电路的电压和电流。
一般情况下，稳压电源的供电量是可以保证的，但当交流电源电压下降过多，超过了稳压器的设计限额时，稳压源的输出电压会下降，并伴随着交流波纹的增多，使电路受到纹波的干扰，严重时，甚至不能正常工作。
直流电压的降低容易在检查中被发现，但由于采用了稳压源以后，工作人员认为电压已经稳定，而忽视了来自电源波纹的干扰，特别是当直流电压几乎没有降低，但波纹电压已经产生的情况，就更不容易被注意到了。
1.2 干扰的途径
1.2.1 路的干扰
各种干扰之所以能够对电路造成影响，除了具有干扰源和被干扰对象这两个方面，还必须具备一条从干扰源到被干扰对象的干扰途径。
例如，电机、电器等用电设备的启停通过供电电
路对供电系统造成干扰。
这样，凡是接在这一系统上的电子设备，都将通过供电系统这一途径受到干扰。
再如，在控制器内部，某一级单元电路的动作电流通过公共电源内阻所形成的压降会以“路的形式”干扰其他单元电路。
对于内部干扰来说，路的干扰是主要的。
1.2.2 场的干扰
接触器通断时产生的接点电弧就是强烈的干扰源，它一方面通过供电电路的形式传输干扰信号，另一方面通过电磁波的发射以场的形式传播干扰信号。
如果在它旁边用半导体收音机去收听，就会听到爆裂的噪声，这就是场的干扰所引起的。
对于外部干扰来说，除了通过供电电路引入控制器的干扰外，多数是场的干扰，而场的干扰往往不是直接进入控制本体，而是先以场的形式干扰检测部件、执行部件等外围设备，然后再根据这些外围设备与控制器本体的联系，以路的形式窜入控制器内部。
2 抑制干扰
2.1 抑制干扰的思路
2.1.1 消除干扰源
最积极有效的措施是消除干扰源，例如将产生干扰的电气设备用隔离变压器作为专线供电，搬移设备，将整流子电机改为无整流子电机。
继电器、接触器、开关鞥电触点在通断时产生的电火花是较强的干扰源。
对此，可以采取触点消弧的措施，例如在接点上并接消弧电容或使用无触点开关。
另外，触点接触不良、电路中的虚假焊接等也会对电路造成干扰。
这类干扰源是能够消除的，也必须消除。
2.1.2 破坏干扰途径
对于场的干扰，可采取屏蔽措施；对于路的干扰，可采用限幅、整流等信号处理方法，切断干扰途径，或采用早通脉冲等方法从时间机率上切断干扰途径。
如果无法切断干扰途径，就要区分有用信号和干扰信号，根据信号的特征，采用退耦、滤波、选频等电路手段，引导干扰信号转移，以抑制信号对电路的影响。
2.2 抑制干扰的措施
2.2.1 退耦
直流电源和地线中的脉冲电流所造成的干扰是常见的内部干扰。
因为一块电路板上往往有几十个逻辑单元，这些逻辑单元在变换状态时，从电源中取得的电流将发生变化，这样一个电流就在共电源的内阻和接地回路的阻抗上就形成了干扰脉冲。
这些干扰脉冲会以路的形式干扰公共电源上的各单元电路。
抑制这种干扰的有效措施是在电源与地之间并接退耦电容，电容量
越大，退耦效果越好，一般均采用电介电容进行退耦。
在某些要求较高的场合，除了要采用容量较大的电介电容外，还要并接一只0.01～0.1 μF的非电解电容作为退耦元件。
这是因为电介电容具有一定的分布电感，其对脉冲的高频分量是呈感抗的，而上述做法能使它们分别起到低频和高频的退耦作用。
2.2.2 接地
电路的接地是十分重要的，因为接地问题会引起内部的反馈干扰。
总的要求是接地回路的阻抗要低；接地点的焊接或连接要十分可靠，并采取一点接地的方式；输出级的接地点离工作电源的底线应尽可能地近一些，其他接地点则按信号的逆流程依次逐级连接，即输入级的接地点离电源线最远。
接地干扰产生的根源是各级电路的动态工作电流在接地回路、接触电阻等阻抗上的降压以路的形式反馈到前级作为输入信号，当反馈量与反馈极性符合一定条件时，就会引起电路的不稳定。
2.2.3 屏蔽
屏蔽主要是针对各种场的干扰，对于经磁场和地点磁场的干扰，应采用导磁材料屏蔽；对于高频电磁场的干扰，应采用良导体屏蔽；对于电场干扰，则主要依靠导体屏蔽。
2.2.4 滤波
当稳压电源控制器内部电路不良时，输入的平均电压很小，用万用表检测是不容易发觉的，即使发现有些下降，也容易误认为是稳压电源中的参数漂移。
这时，工作人员会重新调整一下取样部分的分压电位器，使输入平均电压提高到额定值，但这样做会进一步加剧纹波干扰。
对于这种干扰的解决，可以增加滤波电容的容量，但当负载较重时，由于电源等效内阻的限制，即使据需增加电容容量也无济于事，而且过大的容量会使整流元件在接通电源时发生冲击性损坏，比较彻底的方法是提高整流电路的交流电压。
当电路用电量较大时，可采取三相桥式整流方案。
三相桥式整流的纹波频率为电源频率的6倍，容易滤波，而且三相桥式整流的纹波分量也比单相桥式小很多。
另外，沿电路引入的干扰可以采取滤波的方法予以削弱或消除。
3 结束语
抗干扰问题是实践性较强的问题，本文只介绍了一些常见的方法，在具体实践中，还需“对症下药”，有时往往需要采用多种抗干扰措施，多管齐下，才能解决问题。
要真正解决问题，还需逐一测试和科学结合各种抗干扰措施，以取得最合理的抗干扰方案，并把握干扰的本质，使之上升为理论，为今后的实践提供理论依据。
